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脑洞大开:若用太阳能电池把城市覆盖起来发电,可行吗?

2022年7月13日,住建部、国家发委联合印发《关于城乡建设领域碳达峰实施方案的通知》提出,到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。也就是说,此次方案印发,有望加速屋顶光伏产业的大面积落地。

如今天气持续炎热不断,有人突发奇想:趁光伏产业的东风,我们要是用太阳能电池板把城市直接覆盖起来,既解决了用电问题,又变不热了,这种项目可行吗?

一、国家也有这个思路,正在有条不紊地搞光伏整县开发

我的一个同学就在电力央企,目前正在做光伏发展。他是这么说的,如果可以把一个城市的光伏开发权包给他们,他们是可以把所有地方都安装上光伏板的。而且国家也是这个思路,所以正在陆续搞光伏整县的开发项目。

  • 也就是说,其实已经在这么干了,不过城市改造成本相对比较高,我们就只能先从光照比较好的乡镇县城等开始搞起来。

比如青海省共和县,它的光伏面板覆盖超过609平方公里,这样的面积差不多是接近一个新加坡了。

据报道,青海省境内光伏产业平均年发电量高达8000万度,这些清洁能源的供电除能够满足省内消耗外,还可以输送到江苏、河南等地,同时还带动近120万个公益扶贫就业岗位。

可见,这个思路很有趣,为有牺牲多壮志,敢叫日月换新天。当然,我们也要知道,目前太阳能电池板并不能阻止被晒热,而且发电效率差不多20%,阳光能量的80%还是会化为热能。所以,即使城市全覆盖,气温正常也不会有太大变化。

  • 不过,只要实现城市内使用20%的热能转化,那就相当于少从外部输入这个城市的20%电能。那么,城市全覆盖太阳能电池可行吗?

二、算一算:若用太阳能电池把城市覆盖起来发电,投入成本有多高?

我用上海城市来举例:在平地上将玻璃板或太阳能电池板架到约6米高的支架,成本约100到120元每平方米。在城市中,支架要适应现存建筑物和地形起伏、应对地形障碍和各种天气造成的冲击、占用建成区的部分地块、必要时征地等,总成本会水涨船高。

另外,太阳能电池板的成本约270到740元每平方米,每年每平方米至少需要约40元维护费。而且上海市中心城区面积约6.64亿平方米,存在大量建筑高低差等,覆盖此面积就需要支架与太阳能板成本突破1万亿元,你觉得这个成本能接受吗?

  • 同时,太阳能电池板不会完全防止光照引起的升温,覆盖下的城市空气流动、照明、雨水处理等方面需要额外设计,还需要征地、采购、施工等,配套设备至少数千亿元的成本。

再看看2020年上海市GDP 3.87万亿人民币元,一般公共预算收入7046.3亿人民币元,一般公共预算支出8102.1亿人民币元。上海有那么多钱能拿出来盖这种工程?

而且每年,这些太阳能板需要数百亿元维护费,每一块太阳能板约25到30年后需要更换并报废处理,这成本也是不亚于重造一次。

在上海年均光照情况下,上述太阳能电池板每年可发电约1100亿度,功率随时间、天气等波动甚大,而2020年上海用电约1576亿度。也就是说,上述太阳能电池板即使花了大价钱还是不够用了。

  • 综上所述,即使不考虑技术细节,上述工程在当前生产力水平下也是无利可图的,理所当然没人去会去搞城市全覆盖工程。

三、但目前城市里,确实已出现太阳能电池板覆盖的项目类型

这个其实思路是完全可以探讨的,也许完全覆盖不切实际,但是安装在屋顶、雨棚等上倒是合理的,还可以给人流量大的人行道加部分太阳能遮阳棚方便夏日和雨天出行等。

  • 可见,在目前城市里,确实已经开始出现太阳能电池板覆盖的项目类型。而且它们都有一个共同特点,除了发电,还有其他效益。

一是楼顶露台封闭遮阳棚。本来不允许建的,但是以太阳能名义,就允许建设了。多出来很多使用面积,老值钱了,这就不在意太阳能本身的投资收益比了。

二是别墅屋顶也是一种光伏发电资源。只需2.4万元就可以安装7000瓦光伏发电板,在南方地区每年可得到7000度电,按照中国年人均用电800多度电来算,足够一家三口之用。

三是停车场太阳能遮阳棚。本来停车场就要建遮阳棚和充电桩。顺便建成太阳能遮阳棚,发电补充电,效益也就出来了。

四是路灯,装饰彩灯。有些地方拉电线很麻烦,用一块太阳能板给路灯供能,省很多事,效益能显现出来了。

  • 总之,随着太阳能板效率提升,成本下降,政策引导精准,城市中太阳能面板覆盖面积必然会越来越多,不过,这必然也是一个渐进过程。

最后的话:城市光伏想象空间大,技术在发展,要扬长避短,不能因噎废食

我们要知道,在很多国家,公共电网的使用与上网电价差可能高达1RMB/kWh。随着锂电池价格的日渐降低,比如大众预计2030年锂电池价格降低到$50/kWh,那即使完全依赖光伏和电池储能,在成本上或许都会比公共电网更划算。

  • 当然,我国国土辽阔、阳光资源分布不均衡,主要城市多是二类三类阳光资源地区,目前搞光伏事倍功半。相反西北部沙漠等地区全年日照超2000小时,属于一级光资源区域,初步计算仅塔克拉玛干沙漠全部铺设光伏板,就可以绰绰有余供应全世界的电力需求。先易后难,城市光伏想象空间也很大,让我们一起拭目以待吧。